1、本科毕业论文（20 届）轴类零件数控车削加工工艺及编程分析所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 轴类零件数控车削加工工艺及编程分析 1.课题意义及目标机床是一个国家制造业水平的象征。本次毕业设计以轴类零件的数控车削工艺分析及程序编制为基础。对零件形状、尺寸、精度等级、表面粗糙度、材料和热处理等技术要求的分析。选择加工方案确定加工顺序、加工路线、装夹方式、刀具及切削用量参数等，进行数控加工工艺的编制
2、。2.主要内容(1) 零件图工艺分析(2) 选择设备(3) 确定零件的定位基准和装夹方式(4) 确定加工顺序及进给路线(5) 刀具选择(6) 切削用量选择3主要参考资料1 赵家齐.机械制造工艺学课程设计指导M.机械工业出版社，20042 沈建峰，章志成.数控车床编程与操作实训M.国防工业出版社，20063 杨仲冈.数控设备与编程M.高等教育出版社，20064进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 分析零件图样尺寸 2015 年 3 月 3 日至 3 月 23 日2 确定加工工艺方案 2015 年 3 月 24 日至 4 月 13 日3 数值计算（零件粗精加工运动轨迹） 2015 年 4 月
3、14 日至 5 月 4 日4 编写零件加工程序 2015 年 5 月 5 日至 6 月 1 日5 整理设计说明书 2015 年 6 月 2 日至 22 日审核人： 年 月 日I轴类零件数控车削加工工艺及编程分析摘 要：随着科学技术的发展，机械产品结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转换。对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。为实现高产、优质的目标，多采用专用的工艺装备、专用自动化机床或专用的自动化生产线进行生产。在机械产品中，单件小批量产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和
4、调整，难以提高生产效率和保证产品质量。数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高度自动化的特点。关键词：数控机床、加工工艺、加工Shaft parts CNC turning technology and programming analysisAbstract：With the development of science and technology, mechanical product structure more reasonable, performance, accuracy, and efficiency is rising, fr
5、equent replacement, type of production by the large number of mass production to more varieties of small batch conversion. Processing machinery products accordingly proposed high-precision, high flexibility and a high degree of automation.To achieve high yield and quality goals, the use of special t
6、echnology and equipment, automated machine tools dedicated or dedicated automated production line for production. In mechanical products, single and small batch products are generally adopt a common machining, when the product is changed, machine and process equipment required for the corresponding
7、transformation and adjustment, it is difficult to increase productivity and ensure product quality. CNC machine tools integrated application of the results of computer technology, automatic control, servo drives, etc., with high flexibility, precision and a high degree of automation.Keywords ：CNC ma
8、chine tools, machining technology, processingII目 录1 前言1.1 数控技术的发展过程 .11.2 数控技术的基本概念与原理 .11.3 数控加工在机械制造业中的地位和作用 .21.4 数控机床加工工艺研究的内容及任务 .3 2 现代数控技术发展状况 .42.1 先进的 CAD/CAPP/CAM 系统广泛应用 .42.2 高速切削技术的应用 .42.3 数控车床的特点 .53 零件图工艺分析 .73.1 设备的选定 .73.2 确定零件的定位基准和装夹方式 .103.3 确定加工顺序及进给路线 .124 切削用量选择 .174.1 进给速度选择
9、.174.2 刀具选择 .184.3 数控工艺加工卡片制定 .214.4 零件加工程序的编写 .234.5 数控编程内容与方法 .235 零件加工程序表 .255.1 装刀与对刀 .285.2 程序校对与首件试切 .305.3 总结 .31致谢 .32参考文献 .33太原工业学院毕业设计11 前言1.1 数控技术的发展过程科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品性能、质量、生产率和成本提出了越来越多高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的最重要技术措施之一，它不仅能够提高产品质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人的劳动条件。为此，许多企业采用自动机床、组合机床和专用机床组成自动化或半
10、自动生产线。但是，采用这种自动和高效率的设备，需要很大的初期投资以及较长的生产准备周期，只有在大批量的生产条件下（如汽车、拖拉机、家用电器等主要零件生产），才会有显著的经济效益。机械制造工业中，单件、小批量生产的零件约占机械加工总量的 80%左右，此外，科学技术的进步和机械产品市场竞争日趋激烈，致使机械产品不断改型更新换代，批量相对减少，质量要求越来越高，采用专用的自动化机床加工这类零件就显得很不合理，而调整或改装专用的“刚性”自动化生产线投资大，周期长。有时从技术上讲是不可能实现的。采用各类仿型机床加工虽然可以部分地解决小批量复杂零件的加工，但在更换零件时，需制造靠模和调整机床，生产准备周期
11、长。而且由于靠模误差的影响，加工零件的精度很难达到较高的要求。为解决上述问题，满足多品种、小批量，特别是结构复杂、精度要求高的零件的自动化生产，需要一种灵活的、通用、能够适用产品频繁变化的“柔性”自动化机床。由于计算机科学技术的发展，1952 年，美国泊森斯公司和麻省理工学院合作，研制成功了世界上第一台以数字计算机原理为基础的数字控制三坐标铣床，开创了机械加工自动化的新纪元。1955 年，数字控制机床进入实用化阶段，在复杂曲面的加工中发挥了重要的作用。我国从 1958 年开始研制数控机床，60 年代中期进入实用阶段。近年来，由于改革开放，引进国外的数控系统和伺服系统的制造技术，使我国的数控机床
12、在品种、数量和质量方面得到了迅速发展。目前我国已有许多机床厂能够生产不同类型的数控机床。我国经济型数控机床的研究、生产和推广也取得较大的发展，有力地推动了各行业的技术改造，取得了明显的经济效益和社会效益。1.2 数控技术的基本概念与原理太原工业学院毕业设计2数字控制技术，简称数控技术，是采用数字指令信号对机电产品或设备进行控制的一种自动控制技术。数控技术与传统的设备自动控制技术的一个显著区别在于，数控技术不仅具有顺序逻辑控制功能。而且更重要的是具有关于运动部件位置的坐标控制功能，即采用数字指令信号对设备的坐标运动进行控制的功能。数控技术的基本原理是，将被数控设备末端执行部件的运动（或多个末端执
13、行部件的合成运动）纳入到适当的坐标系中，将所要求的复杂运动分解成各坐标轴的简单直线运动或回转运动，并用一个满足精度要求的基本长度单位对各坐标轴进行离散化，由电子控制装置（即数控装置）按数控程序规定的运动控制规律产生与基本长度单位对应的数字指令脉冲对各坐标轴的运动进行控制，并通过伺服执行元件加以驱动，从而实现所要求的复杂运动。数控技术的核心是插补与驱动。插补装置的功用是将期望的设备运动轨迹沿各坐标轴微分成基本长度单位，并转换成可控制各坐标轴运动的一系列数字指令脉冲。驱动装置是指伺服驱动系统，其功用是将插补装置输入的数字指令脉冲进行转换与放大，驱动执行元件，实现由数字指令脉冲序列规定的坐标运动，并
14、最终由各坐标运动合成所期望的运动轨迹。对应于插补装置输出的每一个数字指令脉冲，伺服驱动系统末端执行部件所实现的理论位移被称为脉冲当量，它是系统所能控制的最小位移，又称系统的控制分辨率，一般取为基本长度单位。数控机床是采用数控技术对工作台运动和切削加工过程进行控制的机床，是典型的机电一体化。它的效率高于普通机床的 23 倍，要充分发挥数控机床的这一特点。数控加工程序不仅保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。必须在编程之前对工件进行工艺分析，根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。数控加工工艺考虑不周是影响数控机床加工质量、生产效率及加工成本的重要因素。
15、1.3 数控加工在机械制造业中的地位和作用随着科学技术的发展，机械产品结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转换。对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。大批量的产品，如汽车、拖拉机与家用电器的零件，为了实现高优质的目标，多采用专用的工艺设备、专用自动化机床或专用的自动生产线和自动车间进行生产。但是应用这些专用生产太原工业学院毕业设计3设备进行生产，生产准备周期长，产品改型不易，使产品的开发周期增长。在机械产品中，单件与小批量产品占到 70%80%，这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需
16、作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难以提高生产效率和保证产品质量。特别是一些曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高度自动化的特点，因此，采用数控加工手段，很好地解决了机械制造中常规加工技术难以解决甚至无法解决的单件、小批量、特别是复杂型零件的加工问题。应用数控加工技术是机械制造业的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，
17、为社会提高了高质、多品种及高可靠性的机械产品。目前应用数控加工技术的领域已从当初的航空工业逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造业，并已取得了巨大的经济效益。1.4 数控机床加工工艺研究的内容及任务数控机床加工工艺是以数控机床加工中的工艺问题为研究对象的一门加工技术。它以机械制造中的工艺基本理论为基础，结合数控机床的特点，综合运用多方面的知识解决面临的数控加工中的工艺问题。数控机床加工工艺的内容包括金属切削、加工工艺的基本知识和基本理论、金属切削刀具等。数控机床加工工艺研究的宗旨是如何科学地、最优地设计加工工艺，充分发挥数控机床加工过程中的优点，实现在数控加工中的优质、高产、低耗。数控
18、机床加工工艺是数控技术应用专业和机电类专业的主要专业课之一。应基本掌握数控加工的金属切削及加工工艺的基本知识和基本理论；学会选择机床、刀具、夹具及零件表面的加工方法；学会选择合理的切削参数；掌握数控加工工艺设计方法。太原工业学院毕业设计42 现代数控技术发展状况20 世界 90 年代开始，数控系统完成了 16 位机向 32 位机转变，伺服驱动从直流向交流全数字式转变，系统体系机构从封闭向开始转变，控制系统由专用计算机向通用计算机转变，从而使数控系统可充分利用计算机技术丰富的资源，能根据控制对象的要求，迅速、灵活地更改软硬件，并能及时吸收新技术，使数控技术的发展步伐加快。数控技术的进步突出表现在
19、高精度、高效率，具有联网通信功能等方面。进入 21 世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展创新以更适应生产加工的需要。 12.1 先进的 CAD/CAPP/CAM 系统广泛应用广泛应用 CAD/CAPP/CAM/CAE 自动化设计制造应用软件以及 DFX 等并行工程，并有足够的工艺知识数
20、据库、切削参数数据库、各种规范化的技术资料作为使能工具。因而设计与工艺手段先进，工艺精良，NC 加工程序优质，缩短了工艺准备周期，提高了设备利用率和生产效率，大大缩短了零件生产周期。CAD 是指设计人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作，达到提高质量、缩短产品开发周期和降低产品成本的目的。计算机辅助设计可以帮助设计人员完成诸如数值计算、产品性能分析、实验数据处理、计算机辅助制图以及动态模拟仿真等工作。CAD 技术在工程设计中的应用，迅速取代了传统的实物模型制作方法、大大缩短了产品的设计周期。CAM 有广义和狭义之分。广义是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的整个过程中的各
21、项活动，包括计算机辅助工艺过程设计、工装设计、计算机辅助数控编程、制造过程控制、质量检测与分析等。狭义 CAM 通常是指计算机辅助 NC 程序编程，包括刀具路径规划、刀位文件生产、刀具轨迹仿真和 NC 代码生成等。太原工业学院毕业设计52.2 高速切削技术的应用高速加工被认为是 21 世纪机加工艺中最重要的手段。高速切削与常规切削相比具有明显优点：加工时间减少约 60%80%，进给速度提高 510 倍，材料去除率提高 35 倍，刀具耐用度提高 70%，切削力减少约 30%，表面粗糙度 Ra 可达810m ，工件温升低，热变形、热膨胀减小，适宜加工细长、复杂薄壁零件等。高速切削是实现高效率制造的
22、核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说，高速切削加工是一种很不增加设备数量而大幅度。提高加工效率所必不可少的技术。与传统加工相比，由于高速切削显著地提高了切削速度，从而导致工件与前刀面的摩擦增大并导致切屑和刀具接触面温度的提高。在该接触点，摩擦带来的高温能达到工件材料的熔点，使得切屑变软甚至液化，因而大大减小了对切削刀具的阻力，也就是减小了切削力，使得切削变得轻快，切屑的产生更加流畅。同时由于加工产生的热量的 70%80%都集中在切屑上，而切屑的去除速度很快，所以传导到工件上的热量大大减少，提高了加工精度。高速切削加工技术的优点主要在于：提高生产效率；提高加工精度和
23、表面质量；降低切削阻力。数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。 提高 CNC 系统控制精度：采用高速插补技术和误差补偿技术，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度，同时采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿 。 复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合加工中心、车铣复合车削中心、铣镗钻车复合复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。2.3 数控车床的特点
